DPJ第2章單片機的硬件結(jié)構(gòu)

1、1第第2章章 AT89C51單片機單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.1 AT89C51單片機的硬件組成單片機的硬件組成2.3 AT89C51的的CPU2.2 AT89C51單片機的引腳單片機的引腳2.4 AT89C51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)單片機存儲器的結(jié)構(gòu)2.5 AT89C51單片機的并行單片機的并行I/O端口端口 22.1 AT89C51單片機的硬件組成單片機的硬件組成片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)如圖如圖2-1所示所示:片內(nèi)功能部件如下：片內(nèi)功能部件如下：（1）微處理器（）微處理器（CPU）；）；（2）數(shù)據(jù)存儲器（）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；）；（3）程序存儲器（）程序存儲器（4KB Flas

2、h ROM）；）；（4）4個個8位可編程并行位可編程并行I/O口口 （P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口）；口）；（5）1個全雙工串行口；個全雙工串行口；（6）2個個16位定時器位定時器/計數(shù)器；計數(shù)器；（7）中斷系統(tǒng)；）中斷系統(tǒng)；（8）特殊功能寄存器（）特殊功能寄存器（SFR）。）。 3圖圖2-1片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)4 上述各功能部件上述各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成通過片內(nèi)單一總線連接而成），其），其基基本結(jié)構(gòu)本結(jié)構(gòu)依舊是依舊是CPU CPU 加上外圍芯片的加上外圍芯片的傳統(tǒng)微型計算機結(jié)構(gòu)模傳統(tǒng)微型計算機結(jié)構(gòu)模式。式。 CPUCPU對各種功能部件的控制是對各種功能部件的控制

3、是采用特殊功能寄存器采用特殊功能寄存器 （Special Function RegisterSpecial Function Register，SFRSFR）的）的集中控制方式集中控制方式。n片內(nèi)各部件簡單介紹：片內(nèi)各部件簡單介紹：1.CPU1.CPU（微處理器）（微處理器） 包括了包括了運算器運算器和和控制器控制器兩大部分，只是兩大部分，只是增加了面向控增加了面向控制的位處理制的位處理功能。功能。52.2.數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)存儲器（RAMRAM） 片內(nèi)為片內(nèi)為128128個字節(jié)（個字節(jié)（5252子系列的為子系列的為256256個字節(jié)）個字節(jié)）3.3.程序存儲器（程序存儲器（ROM/EPROMR

4、OM/EPROM） 8031:8031:無此部件；無此部件； 8051:8051:4K4K字節(jié)字節(jié)ROMROM； 8751:8751:4K4K字節(jié)字節(jié)EPROM EPROM ； 89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字節(jié)閃存字節(jié)閃存。4. 4. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)5. 5. 定時器定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器6. 6. 串行口串行口 1 1個個全雙工全雙工的異步串行口，具有的異步串行口，具有四種四種工作方式工作方式。67. 7. 4 4個個并行并行8 8位位I/OI/O口口 P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0

5、P0口口8. 8. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）共有共有2121個個，是一個具有特殊功能的，是一個具有特殊功能的RAMRAM區(qū)。區(qū)。實際上是片內(nèi)各個實際上是片內(nèi)各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器 。映射在映射在片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM區(qū)區(qū)80H80HFFHFFH的區(qū)間內(nèi)。的區(qū)間內(nèi)。 72.2 AT89C512.2 AT89C51單片機的引腳單片機的引腳 4040只引腳只引腳雙列直插封裝雙列直插封裝（DIPDIP）。）。引腳引腳按功能分為按功能分為3類類： （1）電源及時鐘引腳）電源及時鐘引腳: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 （2）控制

6、引腳：）控制引腳： PSEN*、EA* 、ALE、RESET （即（即RST）。）。 （3）I/O口引腳：口引腳：P0、P1、P2、P3，為，為4個個8位位I/O口的外部引腳口的外部引腳。82.2.1 2.2.1 電源及時鐘引腳電源及時鐘引腳 1 1電源引腳電源引腳 （1 1）VccVcc（4040腳）腳）：+5V+5V電源；電源； （2 2）VssVss（2020腳）腳）：接地。：接地。2 2時鐘引腳時鐘引腳 （1 1）XTAL1XTAL1（1919腳）腳）：接外部晶體，如果采用外接振蕩器時，：接外部晶體，如果采用外接振蕩器時，振蕩器的輸出振蕩器的輸出應(yīng)接到此引腳上。應(yīng)接到此引腳上。（2 2

7、）XTAL2XTAL2（1818腳）腳）：接外部晶體的另一端或采用外接振蕩：接外部晶體的另一端或采用外接振蕩器時懸空。器時懸空。92.2.2 2.2.2 控制引腳控制引腳 提供控制信號，有的引腳還具有提供控制信號，有的引腳還具有復(fù)用復(fù)用功能。功能。 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9腳腳) )：復(fù)位與備用電源。：復(fù)位與備用電源。 (2) EA(2) EA* */VPP(Enable/VPP(Enable Address/Voltage Pulse of ProgRam Address/Voltage Pulse of ProgRam- -inging，3131腳腳) ) EA

8、 EA* *：為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。 EAEA* *=1=1，訪問訪問片內(nèi)程序存儲器片內(nèi)程序存儲器，但在，但在PCPC（程序計數(shù)器）值（程序計數(shù)器）值超超過過0FFFH0FFFH（對于（對于80518051、87518751）時，即）時，即超出片內(nèi)程序存儲器的超出片內(nèi)程序存儲器的4K4K字字節(jié)地址范圍節(jié)地址范圍時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 EAEA* *=0=0，單片機則單片機則只訪問只訪問外部外部程序存儲器程序存儲器。10VPPVPP：本引腳的第二功能。用于：本引腳的第二功能。用于施加編程電壓施加編程電壓

9、（例如（例如+21V+21V或或+12V+12V）。對）。對AT89C51AT89C51，加在，加在VPPVPP腳的腳的編程電壓編程電壓為為+12V+12V或或+5V+5V。(3) ALE/PROG(3) ALE/PROG* *（3030腳）：腳）： 第一功能第一功能: :ALEALE為地址鎖存允許，可驅(qū)動為地址鎖存允許，可驅(qū)動8 8個個LSLS型型TTLTTL負負載。載。 第二功能第二功能: :PROGPROG* *為編程脈沖輸入端。為編程脈沖輸入端。11此外，單片機在運行時，此外，單片機在運行時，ALEALE端一直有正脈沖信號輸出，此頻端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率率為時鐘

10、振蕩器頻率f foscosc的的1/61/6。 其他作用：其他作用：該正脈沖信號可以作時鐘源或定時信號使用。該正脈沖信號可以作時鐘源或定時信號使用。注意注意: :每當(dāng)每當(dāng)AT89C51AT89C51單片機訪問外部單片機訪問外部RAMRAM時（即執(zhí)行時（即執(zhí)行MOVXMOVX類指令類指令時），要時），要丟失丟失1 1個個ALEALE脈沖。因此，嚴(yán)格來說，脈沖。因此，嚴(yán)格來說，ALEALE還不宜作為還不宜作為精確的時鐘源或定時信號。精確的時鐘源或定時信號。PROGPROG* *為該引腳的第二功能，在對片內(nèi)為該引腳的第二功能，在對片內(nèi)FlashFlash存儲器編程時，此存儲器編程時，此引腳作為編程脈

11、沖輸入端。引腳作為編程脈沖輸入端。 (4) PSEN(4) PSEN* * （2929腳）：腳）：外部程序存儲器的外部程序存儲器的讀選通讀選通信號。在單片信號。在單片機讀外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖的機讀外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖的負跳沿負跳沿作為讀外部作為讀外部程序存儲器的選通信號。程序存儲器的選通信號。 12 2.2.3 2.2.3 并行并行I/OI/O口引腳口引腳(1) (1) P0P0口口：當(dāng)當(dāng)89C5189C51擴展外部存儲器及擴展外部存儲器及I/OI/O接口芯片時，接口芯片時，P0P0口口作為作為地址總線（低地址總線（低8 8位）位）及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。為及數(shù)據(jù)總線

12、的分時復(fù)用端口。為雙向雙向I/OI/O口?？?。也可作為也可作為通用的通用的I/OI/O口口使用，但需加上拉電阻，這時為使用，但需加上拉電阻，這時為準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向口口。當(dāng)作為普通的。當(dāng)作為普通的I/OI/O輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入1 1。 P0P0口可驅(qū)動口可驅(qū)動8 8個個LSLS型型TTLTTL負載。負載。(2) (2) P1P1口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，可驅(qū)動口，可驅(qū)動4 4個個LSLS型型TTLTTL負載。負載。(3) (3) P2P2口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，與地址總線（高口，與地址總線（高8 8位）復(fù)用，可位

13、）復(fù)用，可驅(qū)動驅(qū)動4 4個個LSLS型型TTLTTL負載。負載。13 (4) (4) P3P3口口：8 8位位準(zhǔn)雙向準(zhǔn)雙向I/OI/O口，口，雙功能雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動復(fù)用口，可驅(qū)動4 4個個LSLS型型TTLTTL負載。負載。P3P3口還可提供第二功能?？谶€可提供第二功能。14綜上所述，綜上所述，P0P0口口作為地址總線（低作為地址總線（低8 8位）及數(shù)據(jù)總線使用時，位）及數(shù)據(jù)總線使用時，為為雙向口雙向口。作為通用的。作為通用的I/OI/O口使用時，為準(zhǔn)雙向口，這時需加口使用時，為準(zhǔn)雙向口，這時需加上拉電阻。上拉電阻。P1P1口、口、P2P2口、口、P3P3口口均為均為準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口。要特

14、別注意要特別注意準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口與與雙向口雙向口的差別。的差別。準(zhǔn)雙向口準(zhǔn)雙向口僅有兩個狀態(tài)。僅有兩個狀態(tài)。雙向口雙向口P0P0口的口線內(nèi)無固定上拉電阻，由兩個口的口線內(nèi)無固定上拉電阻，由兩個MOSMOS管串接開漏管串接開漏輸出，處于高阻的輸出，處于高阻的“懸浮懸浮”狀態(tài)，故又為雙向三態(tài)狀態(tài)，故又為雙向三態(tài)I/OI/O口。這口。這是由于是由于P0P0口作為數(shù)據(jù)總線使用時，必須要有高阻的口作為數(shù)據(jù)總線使用時，必須要有高阻的“懸浮懸浮”狀狀態(tài)。而準(zhǔn)雙向態(tài)。而準(zhǔn)雙向I/OI/O口則無需高阻的口則無需高阻的“懸浮懸浮”狀態(tài)。狀態(tài)。15總結(jié)總結(jié): :準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別準(zhǔn)雙向口與雙向三態(tài)口的差別。

15、（1 1）當(dāng)）當(dāng)3 3個準(zhǔn)雙向個準(zhǔn)雙向I/OI/O口作口作輸入口使用輸入口使用時，要向該口時，要向該口先寫先寫“1”1”。（2 2）準(zhǔn)雙向）準(zhǔn)雙向I/OI/O口口無高阻無高阻 “ “浮空浮空”狀態(tài)。狀態(tài)。 2.3 AT89C512.3 AT89C51的的CPUCPU 由由運算器運算器和和控制器控制器所構(gòu)成所構(gòu)成2.3.1 2.3.1 運算器運算器 1 1算術(shù)邏輯運算單元算術(shù)邏輯運算單元ALUALU 進行進行算術(shù)、邏輯運算算術(shù)、邏輯運算，還具有，還具有位操作位操作功能功能16172 2累加器累加器A A 使用最頻繁的寄存器，使用最頻繁的寄存器，可寫為可寫為AccAcc。 A A的作用：的作用：（

16、1 1）是）是ALUALU的的輸入之一輸入之一，又是，又是運算結(jié)果運算結(jié)果的存放單元。的存放單元。（2 2）數(shù)據(jù)傳送）數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器大多都通過累加器A A。5151單片機單片機增加增加了一部分可了一部分可以以不經(jīng)過累加器的傳送指令不經(jīng)過累加器的傳送指令，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減，即可加快數(shù)據(jù)的傳送速度，又減少少A A的的“瓶頸堵塞瓶頸堵塞”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 A A的進位的進位標(biāo)志標(biāo)志CyCy同時又是同時又是位處理機的位處理機的位累加器位累加器。3 3程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW 格式如格式如圖圖2-32-3。18（1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）進位標(biāo)志位進位

17、標(biāo)志位（2 2）Ac(PSW.6) Ac(PSW.6) 輔助進位標(biāo)志位，用于輔助進位標(biāo)志位，用于BCDBCD碼的十碼的十 進制調(diào)整運算。進制調(diào)整運算。（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。用戶使用的狀態(tài)標(biāo)志位。 （4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4組組工作寄存器區(qū)選擇控工作寄存器區(qū)選擇控制制位位1 1和和位位0 0。如。如表表2-22-2。19 RS1RS1、RS0RS0與與4 4組工作寄存器區(qū)的對應(yīng)關(guān)系組工作寄存器區(qū)的對應(yīng)關(guān)系 RS1 RS0 RS1 RS0 所選的所選的4 4組寄存器組寄存器 0 0 00 0

18、0區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址00H00H07H07H） 0 1 10 1 1區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址08H08H0FH0FH） 1 0 21 0 2區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址10H10H17H17H） 1 1 31 1 3區(qū)（內(nèi)部區(qū)（內(nèi)部RAMRAM地址地址18H18H1FH1FH）（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出標(biāo)志位）溢出標(biāo)志位 指示運算是否溢出。注意各種算術(shù)運算指令指示運算是否溢出。注意各種算術(shù)運算指令對該位的影響對該位的影響（6 6）PSW.1PSW.1位位: : 保留位，未用保留位，未用 （7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶標(biāo)志

19、位奇偶標(biāo)志位 P=1P=1，A A中中“1”1”的個數(shù)為的個數(shù)為奇數(shù)奇數(shù)P=0P=0，A A中中“1”1”的個數(shù)為的個數(shù)為偶數(shù)偶數(shù)202.3.2 2.3.2 控制器控制器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC是控制器中最基本的寄存器是控制器中最基本的寄存器 ，存放存放下一條下一條要執(zhí)要執(zhí)行的指令在程序存儲器中的地址。行的指令在程序存儲器中的地址。 基本工作方式有以下幾種：基本工作方式有以下幾種： （1 1）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器自動加自動加1 1 （2 2）執(zhí)行）執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移有條件轉(zhuǎn)移或或無條件轉(zhuǎn)移無條件轉(zhuǎn)移指令時，指令時， PCPC將被置入新將被置入新的數(shù)值，從而使程序的的數(shù)值，從而使程序的流向流向

20、發(fā)生變化。發(fā)生變化。 （3 3）執(zhí)行）執(zhí)行子程序調(diào)用或中斷調(diào)用子程序調(diào)用或中斷調(diào)用，完成下列操作：，完成下列操作： PCPC的的現(xiàn)行值保護現(xiàn)行值保護 將子將子程序入口地址程序入口地址或或中斷向量的地址中斷向量的地址送入送入PCPC。21程序計數(shù)器的程序計數(shù)器的計數(shù)寬度計數(shù)寬度決定了程序存儲器的地址范圍。決定了程序存儲器的地址范圍。AT89C51AT89C51單片機中的單片機中的PCPC位數(shù)為位數(shù)為1616位位，故可對，故可對64KB64KB（ = = 2 21616B B）的）的程序存儲器進行尋址。程序存儲器進行尋址。 2.4 AT89C512.4 AT89C51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)單片機存儲器

21、的結(jié)構(gòu)哈佛哈佛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 存儲器空間可劃分為存儲器空間可劃分為4 4類類：1.1.程序存儲器空間程序存儲器空間 片內(nèi)程序存儲器為片內(nèi)程序存儲器為4KB 4KB 的的 Flash Flash 存儲器存儲器 2.2.片內(nèi)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間數(shù)據(jù)存儲器空間：128B 128B 3.3.特殊功能寄存器特殊功能寄存器 SFRSFR-Special Function Register-Special Function Register4.4.位地址空間位地址空間: : 211211個個可尋址位?？蓪ぶ肺?。222.4.1 2.4.1 程序存儲器空間程序存儲器空間 存放存放應(yīng)用程序應(yīng)用程序和和表格表格之類的固定常

22、數(shù)。之類的固定常數(shù)。分為片內(nèi)和片外兩部分，由分為片內(nèi)和片外兩部分，由EAEA* *引腳引腳上所接的電平確定。上所接的電平確定。程序存儲器中的程序存儲器中的0000H0000H地址是系統(tǒng)地址是系統(tǒng)程序的啟動地址程序的啟動地址 5 5個單元個單元具有特殊用途，為具有特殊用途，為5 5個中斷源的中斷入口地址個中斷源的中斷入口地址外中斷外中斷0 0003H0 0003H定時器定時器T0T0 000BH 000BH外中斷外中斷1 0013H 1 0013H 定時器定時器T1T1 001BH 001BH 串行口串行口 0023H0023H232.4.2 2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間 1

23、28128個字節(jié)，個字節(jié)， 字節(jié)地址為字節(jié)地址為00H00H7FH7FH。l00H1FH：32個單元個單元，是，是4組組通用工作寄存器通用工作寄存器區(qū)。區(qū)。l20H2FH：16個單元個單元，可進行，可進行128位的位尋址位的位尋址l30H7FH：用戶用戶RAM區(qū)，只能區(qū)，只能字節(jié)尋址字節(jié)尋址，用作，用作數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及區(qū)以及堆棧區(qū)堆棧區(qū)。242.4.3 2.4.3 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） CPUCPU對片內(nèi)各種功能部件的控制對片內(nèi)各種功能部件的控制采用特殊功能寄存器集采用特殊功能寄存器集中控制中控制方式，方式，共共2121個個。有的。有的SFRSFR可進行可進行位

24、尋址位尋址。 表表2-42-4是是SFRSFR的名稱及其分布。的名稱及其分布。 其其字節(jié)地址的末位是字節(jié)地址的末位是0H0H或或8H8H可可位尋址位尋址。 下面介紹下面介紹SFRSFR塊中的某些寄存器。塊中的某些寄存器。25表表2-4 SFR2-4 SFR的的名稱及其分布名稱及其分布26 1 1堆棧指針堆棧指針SPSP 指示指示堆棧頂部堆棧頂部在在內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM塊塊中的位置中的位置 復(fù)位后，復(fù)位后，SPSP中的內(nèi)容為中的內(nèi)容為07H07H。（1 1）保護斷點）保護斷點（2 2）現(xiàn)場保護）現(xiàn)場保護堆棧堆棧向上生長向上生長 2. 2. 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR 高位字節(jié)寄存器用高位字

25、節(jié)寄存器用DPHDPH表示，低位字節(jié)寄存器用表示，低位字節(jié)寄存器用DPLDPL表示。表示。 3. 3. 寄存器寄存器B B 為執(zhí)行為執(zhí)行乘法乘法和和除法除法操作設(shè)置的。在操作設(shè)置的。在不執(zhí)行乘、除不執(zhí)行乘、除的情況下，的情況下，可當(dāng)作一個可當(dāng)作一個普通寄存器普通寄存器來使用。來使用。272.4.4 2.4.4 位地址空間位地址空間211211個（個（128128個個+83+83個）尋址位個）尋址位。位地址范圍為：。位地址范圍為：00H00HFFHFFH。 內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM的可尋址位的可尋址位128128個個( (字節(jié)地址字節(jié)地址20H20H2FH)2FH)見見表表2-52-5（P24P24

26、）。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR為為8383個個可尋址位，見可尋址位，見表表2-62-6。28表表2-5 2-5 內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM的的可尋可尋址位址位及位及位地址地址29 表表2-6 SFR2-6 SFR中的位地址分布中的位地址分布30可被位尋址的寄存器有可被位尋址的寄存器有1111個，共有位地址個，共有位地址8888個，其中個，其中5 5個位未個位未用，其余用，其余8383個位的位地址個位的位地址離散地分布離散地分布于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器區(qū)于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器區(qū)字節(jié)地址為字節(jié)地址為80H80HFFHFFH的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。其最低的位地址其最低的位地址等于其字節(jié)地址等于其字節(jié)地址，并且

27、其字節(jié)地址的，并且其字節(jié)地址的末位都為末位都為0H0H或或8H8H。圖圖2-52-5為各類存儲器在存儲器空間的位置。為各類存儲器在存儲器空間的位置。 31圖圖2-52-532物理上物理上分為：分為：4個空間個空間，即片內(nèi)，即片內(nèi)ROM、片外、片外ROM 片內(nèi)片內(nèi)RAM、片外、片外RAM邏輯上邏輯上分為分為: : 3個空間個空間， 即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址 MOVC 數(shù)據(jù)存儲器（片內(nèi)）數(shù)據(jù)存儲器（片內(nèi)） MOV 數(shù)據(jù)存儲器（片外）數(shù)據(jù)存儲器（片外） MOVX物理物理、邏輯邏輯上的分區(qū)上的分區(qū)332.5 AT89C512.5 AT89C51單片機的并行單片機的并

28、行I/OI/O端口端口 4 4個個雙向的雙向的8 8位并行位并行I/OI/O端口端口(Port) (Port) ，記作，記作P0P0P3P3，屬于特殊功，屬于特殊功能寄存器，還可能寄存器，還可位尋址位尋址。 3451的并行的并行I / O 口邏輯圖口邏輯圖352.5.1 P02.5.1 P0端口端口 361.1.位電路結(jié)構(gòu)位電路結(jié)構(gòu)P0P0口某一位的電路包括：口某一位的電路包括：(1) (1) 一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于數(shù)據(jù)位的鎖存(2) (2) 兩個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。兩個三態(tài)的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。(3) (3) 一個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)一個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUXMUX，

29、使使P0P0口可作口可作通用通用I/OI/O口口，或，或地址地址/ /數(shù)數(shù)據(jù)線口據(jù)線口。(4) (4) 數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動和控制電路，由兩只場效應(yīng)管（數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動和控制電路，由兩只場效應(yīng)管（FETFET）組成，）組成，上面的場效應(yīng)管上面的場效應(yīng)管構(gòu)成構(gòu)成上拉電路上拉電路。2. 2. 工作過程分析工作過程分析 （1 1）P0P0口作為地址或數(shù)據(jù)總線使用口作為地址或數(shù)據(jù)總線使用CPUCPU發(fā)出控制信號為發(fā)出控制信號為高電平高電平，打開上面的與門，使，打開上面的與門，使MUXMUX打向上打向上37邊邊，使內(nèi)部地址，使內(nèi)部地址/ /數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)線與下面的場效應(yīng)管下面的場效應(yīng)管反相接通。此時由于反相接通。

30、此時由于上下兩個上下兩個FETFET處于反相處于反相，形成，形成推拉式推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大電路結(jié)構(gòu)，大大提高負載能提高負載能力。力。（2 2） P0P0口作通用的口作通用的I/OI/O口使用口使用CPUCPU發(fā)來的發(fā)來的“控制控制”信號為信號為低電平低電平，上拉場效應(yīng)管截止，上拉場效應(yīng)管截止，MUXMUX打打向下邊向下邊，與，與D D鎖存器的鎖存器的Q Q*端接通。端接通。a. P0a. P0作輸出口使用作輸出口使用來自來自CPUCPU的的“寫入寫入”脈沖脈沖加在加在D D鎖存器鎖存器的的CPCP端，內(nèi)部總線上的數(shù)端，內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入據(jù)寫入D D鎖存器，并向端口引腳鎖存器，并向端口引腳P0

31、.xP0.x輸出。輸出。注意：注意：由于輸出電路是由于輸出電路是漏極開路漏極開路（因為這時上拉場效應(yīng)管截（因為這時上拉場效應(yīng)管截38止），止），必須外接上拉電阻必須外接上拉電阻才能有才能有高電平輸出高電平輸出（這時就（這時就不為雙不為雙向口向口）。）。b. P0b. P0作輸入口使用作輸入口使用區(qū)分區(qū)分“讀引腳讀引腳”和和“讀鎖存器讀鎖存器”。“讀引腳讀引腳”信號把下方緩沖器打開，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器信號把下方緩沖器打開，引腳上的狀態(tài)經(jīng)緩沖器讀入內(nèi)部總線；讀入內(nèi)部總線；“讀鎖存器讀鎖存器”信號打開上面的緩沖器把鎖存器信號打開上面的緩沖器把鎖存器Q Q端的狀態(tài)讀入端的狀態(tài)讀入內(nèi)部總線。內(nèi)部總線。

32、3 3P0P0口的特點口的特點P0P0口具有如下特點：口具有如下特點：P0P0口為口為雙功能口雙功能口地址地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口和數(shù)據(jù)復(fù)用口和通用通用I/OI/O口?？?。39（1 1）當(dāng)當(dāng)P0P0口用口用作地址作地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口數(shù)據(jù)復(fù)用口時，為一個真正的時，為一個真正的雙向口雙向口，用作外擴存儲器，輸出低用作外擴存儲器，輸出低8 8位地址和輸出位地址和輸出/ /輸入輸入8 8位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。 （2 2）當(dāng)當(dāng)P0P0口用口用作通用作通用I/OI/O口口時，由于需要在片外接上拉電阻，時，由于需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此為一個端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，因此為一個準(zhǔn)雙

33、向口準(zhǔn)雙向口。為保為保證引腳信號的正確讀入，應(yīng)首先向鎖存器寫證引腳信號的正確讀入，應(yīng)首先向鎖存器寫1 1。當(dāng)。當(dāng)P0P0口口由原來的由原來的輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)輸入狀態(tài)時，應(yīng)首先置鎖存器為時，應(yīng)首先置鎖存器為1 1，方可執(zhí)行輸，方可執(zhí)行輸入操作。入操作。一般情況下，如果一般情況下，如果P0P0口已作為地址口已作為地址/ /數(shù)據(jù)復(fù)用口，就不能再作為數(shù)據(jù)復(fù)用口，就不能再作為通用通用I/OI/O口使用?？谑褂谩?02.5.2 P12.5.2 P1端口端口 P1P1口是口是單功能單功能的的I/OI/O口，字節(jié)地址口，字節(jié)地址90H90H，位地址位地址90H90H97H97H。 P1P1

34、口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如口某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖圖2-72-7所示。所示。41p P1口作為口作為輸入口輸入口時，分為時，分為“讀鎖存器讀鎖存器”和和“讀引腳讀引腳”兩種方式。兩種方式。 “讀鎖存器讀鎖存器”時，鎖存器的輸出端時，鎖存器的輸出端Q的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖的狀態(tài)經(jīng)輸入緩沖器器BUF1進入內(nèi)部總線；進入內(nèi)部總線； “讀引腳讀引腳”時，先向鎖存器寫時，先向鎖存器寫1，使場效應(yīng)管截止，使場效應(yīng)管截止，P1.x引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器引腳上的電平經(jīng)輸入緩沖器BUF2進入內(nèi)部總線。進入內(nèi)部總線。pP1P1口的特點口的特點 P1P1口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒有高阻抗輸入狀態(tài)，稱口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒有

35、高阻抗輸入狀態(tài)，稱為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時，不需要在片外接上拉電阻。為準(zhǔn)雙向口。作為輸出口時，不需要在片外接上拉電阻。 P1P1口口“讀引腳讀引腳”輸入時，必須先向鎖存器寫輸入時，必須先向鎖存器寫1 1。 422.5.3 2.5.3 P2P2口口 P2P2口是一個雙功能口，口是一個雙功能口，字節(jié)地址為字節(jié)地址為A0HA0H，位地址位地址A0HA0HA7HA7H。 某一位的位電路結(jié)構(gòu)如某一位的位電路結(jié)構(gòu)如圖圖2-82-8所示。所示。 圖圖2-82-8431 1工作過程分析工作過程分析（1 1）P2P2口用作地址總線口用作地址總線在內(nèi)部控制信號作用下，在內(nèi)部控制信號作用下，MUXMUX與與 “ “

36、地址地址”接通。當(dāng)接通。當(dāng)“地址地址”線為線為0 0時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，時，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2P2口引腳輸出口引腳輸出0 0；當(dāng)；當(dāng)“地址地址”線為線為1 1時，場效應(yīng)管截止，時，場效應(yīng)管截止，P2P2口引腳輸出口引腳輸出1 1。（2 2）P2P2口用作通用口用作通用I/OI/O口口在內(nèi)部控制信號作用下，在內(nèi)部控制信號作用下，MUXMUX與與 鎖存器的鎖存器的Q Q端接通。端接通。CPUCPU輸出輸出1 1時，時，Q=1Q=1，場效應(yīng)管截止，場效應(yīng)管截止，P2.xP2.x引腳輸出引腳輸出1 1；CPUCPU輸出輸出0 0時，時，Q=0Q=0，場效應(yīng)管導(dǎo)通，場效應(yīng)管導(dǎo)通，P2.xP2.x引腳輸出引

37、腳輸出0 0。44輸入時輸入時，分為，分為“讀鎖存器讀鎖存器”和和“讀引腳讀引腳”兩種方式。兩種方式?！白x鎖存器讀鎖存器”時，時，Q Q端信號經(jīng)上方的輸入緩沖器進入內(nèi)部端信號經(jīng)上方的輸入緩沖器進入內(nèi)部總線?？偩€?！白x引腳讀引腳”時，先向鎖存器寫時，先向鎖存器寫1 1，使場效應(yīng)管截止，使場效應(yīng)管截止，P2.xP2.x引腳上的電平經(jīng)下方的輸入緩沖器進入內(nèi)部總線。引腳上的電平經(jīng)下方的輸入緩沖器進入內(nèi)部總線。2 2P2P2口的特點口的特點作為作為地址輸出線地址輸出線使用時，使用時，P2P2口可以輸出外存儲器的高口可以輸出外存儲器的高8 8位位地址，與地址，與P0P0口輸出的低口輸出的低8 8位地址一起

38、構(gòu)成位地址一起構(gòu)成1616位地址線。位地址線。作為作為通用通用I/OI/O口口使用時，使用時，P2P2口為一個準(zhǔn)雙向口。功能與口為一個準(zhǔn)雙向口。功能與P1P1口一樣?？谝粯?。452.5.42.5.4 P3 P3口口 由于由于AT89C51AT89C51的引腳有限，因此在的引腳有限，因此在P3P3口電路中增加了引腳口電路中增加了引腳的第二功能。的第二功能。P3P3的每一位都可以分別定義為第二功能。的每一位都可以分別定義為第二功能。46P3P3口的特點口的特點P3P3口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，為口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，為準(zhǔn)雙準(zhǔn)雙向口向口。P3P3口作為第二功能的輸出口

39、作為第二功能的輸出/ /輸入，或第一功能通用輸入，輸入，或第一功能通用輸入，均須將相應(yīng)位的鎖存器置均須將相應(yīng)位的鎖存器置1 1。實際應(yīng)用中，由于復(fù)位后實際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3P3口鎖存器自動置口鎖存器自動置1 1，滿足第二功能條件，所以不需要任何，滿足第二功能條件，所以不需要任何設(shè)置工作，就可以進入第二功能操作。設(shè)置工作，就可以進入第二功能操作。當(dāng)某位不作為第二功能使用時當(dāng)某位不作為第二功能使用時，可作為第一功能通用，可作為第一功能通用I/OI/O使用。使用。472.6 2.6 時鐘電路與時序時鐘電路與時序時鐘電路用于產(chǎn)生時鐘電路用于產(chǎn)生89C5189C51單片機工作所必需的時鐘單片機工作所

40、必需的時鐘控制信號控制信號。2.6.1 2.6.1 時鐘電路時鐘電路時鐘頻率時鐘頻率直接影響單片機的直接影響單片機的速度速度，電路的質(zhì)量電路的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有常用的時鐘電路有兩種方式兩種方式：內(nèi)部時鐘內(nèi)部時鐘方式和方式和外部時鐘外部時鐘方式。方式。1. 1. 內(nèi)部時鐘方式內(nèi)部時鐘方式 片內(nèi)一個用于構(gòu)成振蕩器的片內(nèi)一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器高增益反相放大器，反相放大器的，反相放大器的輸入端為芯片引腳輸入端為芯片引腳XTAL1XTAL1，輸出端為引腳，輸出端為引腳XTAL2XTAL2。見。見圖圖2-102-10。48C1和和C2典型值通常選擇

41、為典型值通常選擇為30pF左右。左右。晶體的振蕩頻率晶體的振蕩頻率在在1.2MHz12MHz之間。某些高速單之間。某些高速單片機芯片的時鐘頻率已達片機芯片的時鐘頻率已達40MHz（如（如89S52） 。492. 2. 外部時鐘方式外部時鐘方式 常用于常用于多片多片89C5189C51單片機同時工作。單片機同時工作。外部時鐘源直接接到外部時鐘源直接接到XTAL1XTAL1端，端，XTAL2XTAL2端懸空，其電路見端懸空，其電路見圖圖2-112-11。 503. 時鐘信號的輸出時鐘信號的輸出為應(yīng)用系統(tǒng)中的為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時鐘其它芯片提供時鐘，但需增加驅(qū)動能力。，但需增加驅(qū)動能力。 圖圖

42、2-122-12512.6.2 2.6.2 機器周期、指令周期與指令時序機器周期、指令周期與指令時序單片機執(zhí)行的指令的單片機執(zhí)行的指令的各種時序均與時鐘周期各種時序均與時鐘周期有關(guān)有關(guān)1.1.時鐘周期時鐘周期單片機的單片機的基本時間單位基本時間單位。若時鐘的晶體的振蕩頻率為。若時鐘的晶體的振蕩頻率為foscfosc，則時鐘周期則時鐘周期ToscTosc=1/fosc=1/fosc。；。； 例如例如：foscfosc=6MHz=6MHz，ToscTosc=166.7ns=166.7ns。2.2.機器周期機器周期CPUCPU完成一個基本操作所需的時間完成一個基本操作所需的時間稱為稱為機器周期機器周

43、期。執(zhí)行一條指令分為幾個機器周期執(zhí)行一條指令分為幾個機器周期。每個機器周期完成一個基。每個機器周期完成一個基本操作。本操作。AT89C51AT89C51單片機單片機每每1212個個時鐘周期為時鐘周期為1 1個個機器周期，機器周期，52一個機器周期又分為一個機器周期又分為6 6個個狀態(tài)狀態(tài)：S1S1S6S6。每個狀態(tài)又分為兩每個狀態(tài)又分為兩拍拍：P1P1和和P2P2。 因此，因此，一個機器周期中的一個機器周期中的1212個個時鐘周期表示為：時鐘周期表示為： S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S2P2S2P2、S6P2S6P2。 圖圖2-132-13533. 3. 指令周期指令周期 執(zhí)行一條指令所需的時間執(zhí)行一條指令所需的時間。 執(zhí)行一條指令的時間也不同。對于簡單的單字節(jié)指令，執(zhí)行一條指令的時間也不同。對于簡單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個機器周期的時間。而有些復(fù)雜取出指令立即執(zhí)行，只需一個機器周期的時間。而有些復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令則需兩個或多個機器周期。